實驗室信息管理系統(tǒng)的自主開發(fā)

李 媛 鄭開元 石 琴 羅金武

（成都工業(yè)學(xué)院智能制造學(xué)院，四川 成都 611730）

受世界范圍內(nèi)“互聯(lián)網(wǎng)+”教育模式的影響，我國出現(xiàn)了以慕課、微課、在線輔導(dǎo)、在線解題等為代表的“互聯(lián)網(wǎng)+”教育資源[1]，以及眾多基于互聯(lián)網(wǎng)的課堂管理工具，傳統(tǒng)教育正在向互聯(lián)網(wǎng)與教育的深度融合發(fā)展[2]。 其中實驗室建設(shè)是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要支撐[3-4]，然而， 國內(nèi)高校的實驗室系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合不足。即使有部分高校通過獨立設(shè)計開發(fā)或購買現(xiàn)有產(chǎn)品的方式實現(xiàn)了實驗室信息化管理[5-12]，但是受限于自主研發(fā)能力和實驗室建設(shè)經(jīng)費，仍然存在大量高校實驗室系統(tǒng)其運行過程管理基于傳統(tǒng)手工，信息化程度不高。 對此，面向?qū)W院內(nèi)部分散的、基于傳統(tǒng)媒介的實驗室信息管理，開發(fā)了一個低成本、易復(fù)現(xiàn)、功能精簡、經(jīng)濟實用的基于互聯(lián)網(wǎng)的實驗室信息管理系統(tǒng)。

1 開發(fā)環(huán)境

實驗室信息管理系統(tǒng)基于Linux 操作系統(tǒng)， 運行于tomcat 服務(wù)器。采用eclipse 作為開發(fā)工具，用Java、JavaScript、sql 作為網(wǎng)頁的開發(fā)語言， 采用 MySQL 數(shù)據(jù)庫，并且用 JDBC（JavaDataBase Connectivity）api，即Java 數(shù)據(jù)庫連接程序接口來操作數(shù)據(jù)庫。 JDBC 原理圖如圖1 所示。

2 功能模塊

實驗室信息管理系統(tǒng)包括實驗室信息查詢和實驗室在線預(yù)定審批兩個主要功能模塊， 以及登陸、下載等輔助功能模塊，如圖2 所示。 系統(tǒng)采用權(quán)限管理模式，設(shè)訪客、管理員兩種角色。 訪客僅具備查詢基礎(chǔ)信息、實驗室預(yù)定和文件下載權(quán)限。 管理員除具備訪客權(quán)限外，還具備查詢管理信息、實驗室開放、實驗室預(yù)定申請審批、發(fā)布公告和更新數(shù)據(jù)庫內(nèi)容（信息錄入）的權(quán)限。

圖1 JDBC 原理圖[13]

圖2 實驗室信息管理系統(tǒng)功能模塊

2.1 信息查詢

如圖2 所示，實驗室信息查詢功能模塊包括信息錄入、公告發(fā)布、基礎(chǔ)信息查詢和管理信息查詢四個模塊。 一方面建立了面向?qū)W院實驗室的電子檔案；另一方面提供了實驗室電子信息的查詢途徑。

2.1.1 信息錄入

管理員具備建立、 更新和維護系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的權(quán)限。 信息錄入的方式有兩種：一是通過網(wǎng)頁對話框逐條逐項錄入；二是通過Excel 模板批量導(dǎo)入。

管理員需要維護的數(shù)據(jù)主要分為管理信息和基礎(chǔ)信息。 管理信息主要指傳統(tǒng)基于紙質(zhì)媒介的實驗室過程記錄信息，包括日志、上課記錄、開放記錄、安全記錄等。 基礎(chǔ)信息涵蓋實驗室規(guī)模、實驗?zāi)K、基礎(chǔ)設(shè)施、研究項目、教學(xué)安排以及實驗室人員等信息。

2.1.2 公告發(fā)布

公告是一種特殊的實驗室基礎(chǔ)信息，由管理員發(fā)布，所有用戶登錄系統(tǒng)首頁可見。

2.1.3 基礎(chǔ)信息查詢

基礎(chǔ)信息查詢具備簡單導(dǎo)航功能，檢索對話框提供關(guān)鍵字檢索字段選擇，可選字段包括學(xué)科、實驗室名稱、實驗室代碼、實驗?zāi)K等，且可擴充。 默認(rèn)為不選，則可檢索所有字段，從而根據(jù)關(guān)鍵字匹配顯示相關(guān)實驗室基礎(chǔ)信息。

檢索結(jié)果頁面默認(rèn)逐條排序分頁顯示以下項目：實驗室名稱、實驗?zāi)K、容納人數(shù)、地點和聯(lián)系電話，并提供教學(xué)安排、管理信息的鏈接。 顯示項目可通過后臺增加或減少，亦可開放權(quán)限由用戶自選。

2.1.4 管理信息查詢

通過基礎(chǔ)信息查詢檢索結(jié)果頁面提供的管理信息鏈接可跳轉(zhuǎn)至對應(yīng)實驗室的管理信息記錄頁閱讀、填寫或修改記錄。 該鏈接對訪客不可用。

可根據(jù)管理需求，擴展統(tǒng)計報表功能，提供日志完成率、上課記錄完成率、開放記錄完成率、安全記錄完成率、月統(tǒng)計、年統(tǒng)計等。

2.2 預(yù)訂審批

管理員可根據(jù)網(wǎng)頁導(dǎo)航開放某個實驗室的某個時段， 所有用戶可對該時段該實驗室提出預(yù)訂申請。開放時段可以是數(shù)天、某天數(shù)節(jié)課，或者數(shù)天某節(jié)課。

通過基礎(chǔ)信息查詢檢索結(jié)果頁面提供的教學(xué)安排鏈接可跳轉(zhuǎn)至對應(yīng)實驗室的課表頁，亦可通過首頁實驗室預(yù)訂導(dǎo)航直接選擇實驗室進入。 頁面顯示某實驗室的基本信息和課表信息，點擊某時段的預(yù)訂鏈接則可跳轉(zhuǎn)至實驗室預(yù)訂申請界面。 頁面中有課程信息的時段表示已經(jīng)被預(yù)訂， 空白時段表示暫未開放，均不可預(yù)訂。

由管理員審批用戶提交的預(yù)訂申請，用戶通過首頁我的預(yù)訂導(dǎo)航可以看到申請是否成功。

2.3 輔助功能

除了信息查詢和預(yù)訂審批兩大核心功能外，系統(tǒng)還支持用戶注冊/登錄、密碼修改和文件下載功能。 用戶可以在下載界面獲取實驗室相關(guān)資料，如實驗室操作視頻、實驗報告模板等。

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

設(shè)計結(jié)構(gòu)相同的多個表來管理用戶在不同的操作模式下對同一種類型數(shù)據(jù)的操作，用戶每一次對數(shù)據(jù)庫的查詢或者修改操作不止單一對一個表進行操作，通過后臺程序設(shè)計，將一個操作變成對數(shù)據(jù)庫的多個操作， 可以不用改動數(shù)據(jù)庫而將功能多元化，方便后期持續(xù)開發(fā)和管理。 系統(tǒng)涉及的主要數(shù)據(jù)表分述如下。

3.1 信息檢索表

將所有的實驗室基本信息、已經(jīng)預(yù)定或者上一時段的實驗室預(yù)定集信息集合于一個表上，通過條件查詢或者模糊查詢的方式反饋到網(wǎng)頁上，不同的身份查詢到的結(jié)果不同。

3.2 實驗室基本信息表

實驗室基本信息表的個數(shù)和學(xué)校實驗室個數(shù)相同，存儲著實驗室的基本信息，例如實驗室代碼、實驗室管理員、聯(lián)系電話、地點等。

3.3 其他表的設(shè)計

實驗室管理信息表用于存儲實驗室的過程管理記錄，不同權(quán)限的用戶查詢到的表的內(nèi)容不同。 用戶信息表用于儲存用戶身份信息， 用戶賬號密碼信息等。 臨時表temp 用于存儲臨時信息。

4 算法設(shè)計

實驗室信息管理系統(tǒng)的主要算法分述如下。

4.1 登錄流程

進入登錄頁面后， 用戶填寫的登錄信息傳至后臺。 后臺首先判斷用戶名密碼是否正確：如正確，則繼續(xù)判斷身份是否與用戶名賬號匹配；如匹配，則登錄成功。

4.2 實驗室信息查詢流程

進入信息查詢頁面后，輸入信息直接查詢或選擇條件查詢，系統(tǒng)后臺判斷是否為條件查詢：若有條件查詢則檢索總表中對應(yīng)列的信息， 進行信息比對，并根據(jù)信息匹配結(jié)果返回數(shù)據(jù)；若無條件查詢，則檢索數(shù)據(jù)庫總表所有信息，進行信息比對，并根據(jù)信息匹配結(jié)果返回數(shù)據(jù)。

若返回數(shù)據(jù)為空， 則檢索結(jié)果頁面顯示為空；若不為空，則處理返回數(shù)據(jù)并顯示于檢索結(jié)果頁面。 若信息查詢對話框內(nèi)容為空，點擊查詢，則返回總表所有信息。

4.3 實驗室預(yù)定申請流程

進入預(yù)定頁面后，用戶選擇實驗室查詢該實驗室對應(yīng)的課表信息。 查詢請求傳至后臺，后臺在數(shù)據(jù)庫中進行查詢：若查詢結(jié)果為空，則返回空；若查詢到數(shù)據(jù)，則返回該數(shù)據(jù)，經(jīng)前臺處理后顯示課程信息。

課程信息分為有課和無課兩種狀態(tài)——若有課，則顯示具體課程信息；若無課，則生成預(yù)定申請界面的鏈接，用戶點擊鏈接即進入預(yù)定申請界面。 用戶在實驗室預(yù)定申請界面填寫信息并提交，經(jīng)后臺處理后提交到數(shù)據(jù)庫temp 表，等待審核。

4.4 實驗室預(yù)定審批流程

實驗室預(yù)定審批流程首先檢查Temp 表是否存在信息：若無信息，則返回為空；若存在信息，則返回信息并顯示。 若某條信息的審核狀態(tài)一欄為“不通過”，則將該條信息放到審核不通過頁面； 若該欄為空，則顯示于待審核頁面。

管理員審核某條信息后交由后臺處理，審核通過則放到對應(yīng)的實驗室表和總表； 不通過則繼續(xù)放到Temp 表，此時該條信息的審核狀態(tài)一欄變更為“不通過”，流程轉(zhuǎn)至實驗室預(yù)定申請?zhí)峤蝗颂幚怼?/p>

5 結(jié)語

基于互聯(lián)網(wǎng)的實驗室信息管理系統(tǒng)搭建于學(xué)校的服務(wù)器上，用戶和管理員可接入學(xué)校的局域網(wǎng)或者通過vpn 的方式訪問，訪問安全性可以得到保障。 系統(tǒng)設(shè)計上將前端和后端分離，后臺程序只用于數(shù)據(jù)處理，前臺程序用于數(shù)據(jù)展示，可以保證更好的人機交互體驗。

系統(tǒng)主要基于Linux 系統(tǒng)， 可以大幅節(jié)約軟硬件成本。 系統(tǒng)對硬件要求不高，普通服務(wù)器即可滿足需求。相較于其他開發(fā)語言，JAVA 更適合有大規(guī)模并發(fā)的情況，且JAVA 開發(fā)的網(wǎng)頁更易于維護。

系統(tǒng)的搭建為實現(xiàn)學(xué)院實驗室信息管理的數(shù)字化、科學(xué)化、規(guī)范化和精細(xì)化提供了基礎(chǔ)保障，加深了學(xué)院實驗室系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，提高了實驗室管理的時效性，有利于實驗室資源的充分利用，為全院師生帶來了極大的便利。